[스크랩] II. 물질대사

 

II. 물질대사

1.유기물의 합성

(1) 광합성

1. 광합성의 장소

* 스트로마, 그라나가 들어있는 2중막의 엽록체(Chlorophyll)

2. 광합성에 영향을 주는 요인

① 빛 : 보상점, 광포화점

② 온도 : 높은 조도에서 온도는 광합성에 영향을 준다.

          보통 5 ~ 30℃ 사이에서는 10℃ 상승할 때 마다 2배씩 광합성량이 증가한다.

          35℃가 극대점이며 그이상에서는 감소. 이는 광합성에 효소가 관여함을 나타낸다.

③ CO₂의 농도 : 온도, 빛의 세기가 일정할 때 CO₂의 농도를 변화시키면 농도가 클수록 반응속도가

                증가하며, CO₂의 농도가 0.1%의 한계에 이르면 더 이상 반응이 없다.

                단, 낮은 조도에서는 CO₂의 농도증가가 광합성양에 별 영향을 미치지 못한다.

3. 광합성 과정

① 명반응(Light Reaction) : 엽록체의 그라나에서 일어남.

< O₂는 H₂O로부터 유래되며, 명반응에서 빛에너지는 H₂O를 분해한다 >

     이 때 분해된 H₂O에서 나온 H₂가 NADP(힐의 실험에서 옥산살철과 같은 역할)가 NADPH2로 된다.

    < 12H₂O + 12NADP → 12NADPH₂ + 6O₂ >

② 암반응(Dark Reaction) : 엽록체의 스트로마에서 일어남.

   ㄱ. 칼빈 회로(Kalvin cycle) ~ 칼빈과 벤슨의 실험,

      클로렐라(단세포 녹조류) + ¹⁴CO2 + 배양액 → 2차원적 페이퍼크로마토그래피 → ¹⁴C의 대부분이 PGA에서 발견됨

4. 광합성 산물의 이동

① 광합성 생성물

   ㄱ. 설탕 ~ 광합성이 일어나는 세포의 세포질에서 합성된다.

   ㄴ. 녹말 ~ 엽록체에서 포도당이 녹말로 변한 후 일부는 잎에서 사용하고 나머지 녹말이 다시 포도당으로 변함

② 이동 경로 ~ 광합성에의해 생성된 동화생성물은 체관을 통해 이동한다.

* 물의  A → B의 이동과 함께 당분자도 함께 이동된다. 실제로 식물세포에서는 A쪽의 삼투계는 동화양분생성이 일어나는 쪽의 체관부     이고 B쪽의 삼투계는 동화양분생성물이 필요한 세포 쪽의 체관부가 된다.

(2) 화학합성

1.에너지원

① 태양에너지를 이용한 탄소동화 : 녹색식물, 녹색 황세균

② 무기물 산회시 유리되는 화학에너지를 이용한 탄소동화 : 아질산균, 질산균 등 화학 합성세균

2. 화학합성  ~ 화학 반응에서 얻는 에너지를 이용, CO₂, H₂O로부터 포도당을 합성한다.

          

              6CO₂ + 12H₂O                       C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂0

(3) 질소동화

1.질소고정

① 질소고정 : 대기 중 질소(N₂) → 암모늄염(NH₄⁺)으로 환원 예) 뿌리혹박테리아(콩과식물), 아조토박터, 클로스트리륨, 방선균, 남조류 등

② 질화작용 : 질환세균이 질산염(NO₃^-)을 생성시키는 작용.

③ 식물의 질소원 : 생물의 사체 분해시 암모니아(NH₃)발생 후 NH₄⁺가 됨. 질화세균이 NO₃^-만듬.

*단백질 합성 :   1. 핵속의 DNA   2. mRNA(세포질)   3. Ribosome + mRNA + tRNA   4. tRNA가 a.a(아미노산)운반

                  5. 펩티드(peptide) 결합   6. 단백질(protein)합성

2. 소 화

(1) 소화계

1. 소화샘과 소화액

① 침샘 ~ ㄱ. 혀밑샘, 턱밑샘, 귀밑샘

          ㄴ. 하루 1200 ~ 1600mL 분비, 음식물의 유화작용(부드럽게 만듦)

          ㄷ. pH 6.4 ~ 6.8(약알칼리), 아밀라아제(녹말 가수분해 효소)

② 위샘 ~ ㄱ. 가스트린(위벽에서 나온다)이 위샘을 자극하여 염산을 분비

          ㄴ. 위샘의 주세포(펩시노겐), 부세포(염산)

          ㄷ. 뮤신(위벽을 염산으로부터 보호하는 당단백질)

③ 장샘 ~ ㄱ. 소장벽의 장샘에서 분비, 하루 3000mL

          ㄴ. 십이자장벽에서 세크레틴이 분비되어 장샘을 자극한다.

          ㄷ. 분해효소 : 이당류(락타아제, 말타아제, 수크라아제)

                        핵산(뉴클레아제)

                        단백질(펩티다아제), 트립시노오겐 → 트립신(엔테로키나아제)

④ 이자샘 ~ ㄱ. 세크레틴의 자극, 하루 500 ~ 800mL.

            ㄴ. pH 7 ~ 8(이자샘에서 NaHCO₃가 분비되어 위 산성물을 중화시킨다.)

            ㄷ. 분해효소 : 단백질(트립시노겐, 키모트립시노겐), 탄수화물(말타아제, 아밀라아제), 지방(프로리파아제)

⑤ 쓸개 ~ ㄱ. 소화샘이 없다. 간에서 생성된 쓸개즙 보관.

          ㄴ. 쓸개즙(십이지장으로 분비, 프로리파아제 → 리파아제로 바꿔줌)

          ㄷ. 장속에서 음식물이 썩는 것을 방지하고 산성 내용물들을 중화시킨다. 

(2) 영양소의 소화

1. 탄수화물의 소화

① 장소 : 입과 소장에서 소화

② 과정 : ㄱ. 녹말 ~ 아밀라아제(입 속의 침) → 엿당 + 덱스트린

          ㄴ. 남는 녹말과 덱스트린 ~ 소장의 아밀라아제(이자액) → 엿당

          ㄷ. 엿당 ~ 말타아제(이자액, 장액) → 포도당 + 포도당

          ㄹ. 설탕 ~ 수크라아제(장액) → 포도당 + 과당

          ㅁ. 젖당 ~ 락타아제(장액) → 포도당 + 갈락토오스

2. 단백질의 소화

① 장소 : 위와 소장에서 소화가 된다.

② 과정 : 단백질 → 펩톤 + 남은 단백질(위액의 펩신) → 폴리펩티드(이자액의 트립신) → 디․트리펩티드(이자액의 키모트립신)

          → 아미노산(장액의 펩티다아제)

3. 지방의 소화

① 장소 : 소장에서 소화가 된다.

② 과정 : 지방 → 지방의 유화로 효소의 작용 면적 증가(쓸개즙에 의함) → 지방산(3분자) + 글리세롤(1분자)(리파아제)

4. 주요 소화 호르몬의 분비와 기능

① 가스트린 : 위액을 분비시킨다.

             음식물이 위벽을 자극하면 위벽에서 분비되어 정맥→심장→동맥을 거쳐 위샘을 자극하여 위액을 분비 시킨다.

             *위샘에는 주세포(펩시노겐)와 부세포(염산)가 있다.

② 세크레틴 : 이자액, 쓸개즙 분비시킨다.

             위의 염산의 자극으로 십이지장의 벽에서 분비되어 혈관을 통해 이자샘과 쓸개를 자극하여 분비된다.

③ 콜레시스토키닌 : 쓸개즙을 분비시킨다.

                    지방, 염산의 자극으로 십이지장벽에서 분비되어 혈관을 통해 쓸개를 자극하여 분비시킨다.

(3) 소화된 양분의 흡수와 이동

1. 양분의 흡수

① 소장벽 융털의 모세혈관 → 간문맥 → 간(당의 일부는 글리코겐으로저장) → 간정맥 → 심장 → 동맥 → 온몸

② 모세림프관(암죽관) → 지방산, 글리세롤, 지용성비타민 → 림프관 → 가슴관 → 쇄골하정맥 → 상대정맥 → 심장 → 동맥 → 온몸

(4) 간의 기능

1. 쓸개즙의 생성

2. 양분의 저장

① 글리코겐, 지방, 비타민 A, D

② 글리코겐 : 포도당으로 분해되어 혈당 농도를 유지한다.

3. 해독작용

① 아미노산의 분해 : 탈아미노 반응에 의해 암모니아가 된다.

② 오르니틴 회로 : 간 속의 오르니틴 아미노산이 관여하여 암모니아를 요소로 바꾸어 준다.

3. 순환

(1) 순환계

1 .개방 혈관계

① 동맥과 정맥사이에 모세 혈관이 없다.

② 심장 → 동맥끝 → 조직, 기관으로 직접 스며든다 → 근육수축에 의한 압력 → 심장

2. 폐쇄 혈관계

① 동맥과 정맥사이에 모세 혈관이 연결되어 있다.

② 심장 → 동맥 → 모세혈관 → 정맥 → 심장

③ 조직액 : 혈관과 조직 세포 사이를 체우는 혈액 성분.

④ 척추동물, 환형동물, 원색동물

⑤ 혈액을 필요한 장소에 보낼 수 있고 심장으로 오는 시간도 짧다.

(2) 혈액의 조성과 기능

1. 체액의 조성

① 혈액 : 액체성 결합조직, 적혈구, 백혈구, 혈소판(45%), 혈장(55%)으로 구성

   ㄱ.적혈구 : 산소운반작용, 헤로글로빈(Fe함유, 붉은색소), 450 ~ 500만개/mm₃, 수명120일, 골수에서 생성, 간, 지라에서 파괴.

              일부는 쓸개즙생성에 사용. 핵은 성장하며 사라져서 무핵이다.

   ㄴ.백혈구 : 식균작용(아메바운동), 7000~8000개/mm₃, 수명은 불확실, 병에걸리면 증가되며, 골수, 지라, 림프관에서 생성되고

              골수, 지랑에서 파괴된다. 유핵

   ㄷ.혈소판 : 혈액응고작용, 트롬보키나아제, 20~30만개/mm₃, 골수의 거대세포에서 위족이 잘라져 생김, 무핵

   ㄹ.혈장 : 담황색액체, 세포간 물질, 물(90%), 고형성분(10% : 알부민, 글로불린, 피브리노겐, 혈장 단백질 등 8%,

            무기염류 0.9%, 혈당 0.1%, 기타 1%)

② 림프 : 림프구, 림프장으로 구성. 림프관으로 혈장 일부가 모세 혈관벽을 세어나와 조직세포를 채우고 들어온 액으로

          모세혈관  조직세포사이의 물질 교환을 하는 중계역할을 한다.

          지라, 흉선, 림프선에서 생성되며 백혈구의 일종으로 식균작용과 항체 등을 생성하여 방어작용을 한다.

2. 체액의 기능

①운반작용 : ㄱ.소장(영양물질), 폐(산소) → 조직세포

             ㄴCO₂, 노폐물 →  폐, 배설기관

             ㄷ.혈장(영양분, 호르몬, 노폐물, 열, CO₂), 적혈구(산소, 이산화탄소)

②조절작용 : ㄱ.삼투압   ㄴ.pH   ㄷ.체온   ㄹ.혈당량  →  내부환경의 항상성 유지 

③방어작용 : ㄱ.식균작용(백혈구)   ㄴ.혈액응고작용, 출혈방지작용   ㄷ.항원기능정지, 약화(림프구)

(가) 혈액응고

1.혈소판 파괴 ; 세르토닌(혈관벽을 수축시켜 출혈억제), 트롬보키나아제 분비

2.혈장 : 프롬트롬빈 -- (Ca²⁺, 트롬보키나아제) → 트롬빈

        피브리노겐 -- (트롬빈) → 피브린

3.혈병 : 적혈구, 백혈구를 피브린이 엉겨붙어 혈병을 만든다.

4.혈청 : 나머지 혈장은 혈청이 된다.

* 응집반응 : 응집원과 응집소가 서로 반응하여 적혈구가 엉겨 붙는 현상 으로 항원-항체 반응이다.

(3)체액의 순환

1.심장과 혈관

①심장

ㄱ.혈액을 받아들이는 곳 : 좌심방, 우심방, 혈액을 내보내는 곳 : 좌심실, 우심실(심실벽이 심방벽보다 두껍게 발달되있다.)

ㄴ.삼첨판(우심방과 우심실 사이), 이첨판(좌심방과 좌심실 사이), 반월판(심실과 대동맥 연결부)

ㄷ.동방결절 : 우심방과 대정맥 사이 심장벽에 위치해있다. 신경조지과 운동조직 2가지 성질을 모두가지며 주기적으로 흥분을

             일으키며 심방의 근육을 수축시킨다. 

ㄹ.방실결절 : 우심방과 우심실사이에 위치해있다. 동발결절의 흥분을 히스색과 푸르키네 섬유로 전달한다.

ㅁ.히스색, 푸르키네섬유 : 좌우 심실벽에 뻗어있는 특수한 근섬유로써 자극 전도계라고 한다.

②혈관

ㄱ.동맥 : 높은 혈압을 견딜 수 있도록 두꺼운 근육층으로 되어있고 탄력성도 강하다. 대동맥은 지름 0.2mm의 소동맥 가지로

         갈라져 조직과 연결이된다.

ㄴ.정맥 : 동맥보다는 근육층이 얇고 탄력도 약하다. 판막이 있어 혈류의 역류를 방지한다.

ㄷ.모세혈관 : 동맥과 정맥을 이어주는 혈관으로 아주 많으며 총단면적이 가장크고 전체길이는 8000km이상이다.

             지름은 10μm이며 한층의 세포로되어있다. 혈류의 속도가 느리기 때문에 조직세포와 양분과 산소 그리고

             노폐물 등을 교환한다.

ㅁ.혈압 : 최고혈압(심실이 수축할 때의 압력), 최저혈압(심실이 이완할 때의 압력), 심장에서 멀어질수록 혈압은 낮아진다.

2.체순환(동맥혈→정맥혈) : 좌심실 → 대동맥 → 온몸(모세혈관에의해 물질교환) → 대정맥 → 우심방

3.폐순환(정맥혈→동맥혈) : 우심실 → 폐동맥 → 폐포(가스교환) → 폐정맥 → 좌심방

4.호흡

(1)호흡계

①호흡운동 ~ 연수가 조절한다. 호흡운동은 이산화탄소의 농도, 슬픔, 격노 등의 정신적 충격 등이 영향을 준다.

             교감신경은 호흡운도을 촉진시키고 부교감신경은 억제시킨다.

구 분	늑간근	늑골	횡격막	흉강의 부피	흉강의 압력
흡기(숨을 마실 때)	수축	상승	커짐	커짐	낮아짐
호기(숨을 내실 때)	이완	하강	작아짐	작아짐	높아짐

(2)세포내 호흡

1.산소호흡

①해당 ~ 포도당을 세포질의 기질에서 2분자의 피루부산(C₃)로 분해하는 과정이다. 미토콘드리아의 막은 포도당을 투과시키지 못한다.

         C₆H₁₂O₆ -(효소, 세포질기질)→ 2C₃H₄O₃ + 2NADH₂ + 2ATP

         (탈수소효소가 포도당에서 4H를 떼어내고 NAD와 결합시켜 2NADH₂가 되고 4ATP가 생긴다. 이때 2ATP를 사용하므로

          결과적으로 2ATP가 남게된다.)

②TCA회로(TriCarboxylic Acid cycle, 시트르산 회로)

  포도당이 피루브산으로 바뀌어 미토콘드리아의 기질 속에서 여러 반응 단계를 거쳐 CO₂와 H₂를 이탈시키는 과정이다.

  미토콘드리아의 기질에서 반응이 일어나고 이 때 첫 생성물인 시트르산에서 이름을 따서 TCA회로라고 부른다.

*이 과정동안 탈탄산효소, 탈수소효소가 관여를 한다. 결국 TCA 1회전동안 1ATP, 4NADH₂, 1FADH₂, 3CO₂가 생성된다.

포도당은 2분자의 피루브산으로 분해되므로 최종적으로 2ATP, 8NADH₂, 2FADH₂, 6CO₂가 생성된다.

< C₃H₄O₃ → 3CO₂ + 4NADH₂ + FADH₂ + ATP >

③전자전달계 ~ 미토콘드리아의 크리스타 표면에서 진행된다. 1분자의 NADH₂가 3ATP, 1분자의 FADH₂가 2ATP를 만든다.

④지방과 단백질의 산화

ㄱ.지방의 산화 : 지방산  → 활성아세트산(C₂) → TCA회로, 글리세롤 → PGAL → 피루브산 → TCA회로

ㄴ.단백질의 산화 :

* 아미노기 전이반응과 탈 아미노 반응 → 유기산(피루브산, α케토글루타르산, 활성아세트산 등이 된다)  → TCA회로

* NH3 → 오르니틴회로 → 요소CO(NH₂)₂

2.무기호흡

①발효 : 미생물이 무산소상태에서 무기호흡을하여 유기물(포도당, 과당)을 더 작은 분자의 유기물로 만드는 과정.

ㄱ.알코올 발효 ~ C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ +56Kcal(2ATP)

ㄴ.젖산 발효 ~ C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃ +47Kcal(2ATP)

ㄷ.낙산 발효 ~ C₆H₁₂O₆ → C₄H₈O₂ + 2CO₂ + 2H₂O + 15Kcal

ㄹ.아세트산 발효 ~ C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O + 115Kcal

②부패 : ㄱ.단백질이 분해되어 유독성 물질인 H₂S, NH₃ 등이 생성된다.

         ㄴ.사체, 배설물 등이 부패균에 의해 다시 생태계로 투입된다.

         ㄷ.산소가 부족한 상태에서 분해되어 나온 생성물이 유해할 경우 부패라고 한다.

5.배설

(1)배설계

1.여러 가지 동물의 배설기

①수축포 : 세포기관으로 세포내 여분의 물과 노폐물을 배출, 삼투압 조절이 주기능.  예)단세포 원생생물인 짚신벌레, 아메바 등

②원신관 : 불꽃세포가 달린 원신관으로 노폐물을 걸러내고 삼투압을 조절한다. 예)편형동물(플라나리아), 윤형 동물 등

③신관 : 신관으로 노폐물을 배출한다. 지렁이는 깔때기에 관이 연결된 모양의 신관을 갖는다. 예)환형동물, 연체동물, 갑각류 등

④말피기관 : 말피기관으로 노폐물을 배출한다. 메뚜기는 위와 창자 사이에 있는 끝이 막힌 말피기관이 있다. 예)곤충류, 거미류, 다지류

⑤신장 : 척추동물들은 신장으로 배설한다. 신장의 발생 기원 상으로 전신, 중신, 후신으로 나눈다.

       예)원구류(전신), 어류, 양서류(중신), 파충류, 조류, 포유류(후신)

2.사람의 배설기

①신장의 구조

ㄱ. 피질 : 신장의 겉부분으로 네프론(신단위)이 들어있다.

ㄴ. 수질 : 세뇨관이 모인 집합관이 있고 이는 신우로 연결된다.

ㄷ. 신우 : 집합관에서 온 오줌을 저장한 후 수뇨관으로 보낸다.

②네프론(nephron)

ㄱ.신장의 구조적, 기능적 단위로써 신장 한 쪽에 약 100만개가 신장의 피질에 모여있다.

ㄴ.말피기 소체(사구체 + 보먼주머니)와 세뇨관으로 구성된다.

③신동맥과 신정맥

ㄱ.신장을 향해 신동맥이 있으며 모세혈관이 사구체를 이루고 세뇨관을 감싸고 능동수송에의해 재흡수와 분비를 한다.

ㄴ.재흡수와 분비가 끝난 모세혈관은 다시 신장을 나와 신정맥을 이루고 심장을 향해 나간다.

(2)노폐물의 생성과 배설

1.노폐물의 생성

①탄수화물, 지방 : 이산화탄소, 물을 생성

②단백질 : 이산화탄소, 물, 질소성 노폐물을 생성

2.노폐물의 배설

①오줌의 생성과 배설

ㄱ.혈액(심장에서 나온 혈액의 1/4이 통과) : 심장→신동맥→사구체(여과)→모세혈관(재흡수, 분비)→신정맥→심장

ㄴ.원뇨 : 신동맥→사구체(여과)→보먼주머니→세뇨관(재흡수, 분비)→신우→수뇨관→방광→배설

ㄷ.여과 : 혈액이 사구체를 통과하며 여과압에의해 보먼주머니로 노폐물을 보내는 과정.

ㄹ.원뇨 : 이때 나온 노폐물을 원뇨라 하며 100mL/분 가량 원뇨를 만든다.

③땀의 생성과 배설

ㄱ.땀의 기화열을 이용하여 체온을 조절하고 인체내 체액의 삼투압도 조절한다.

ㄴ.땀샘 : 피부의 진피속에 있으며 모세혈관이 땀을 둘러싸고 있으면서 땀을 만들어 낸다.

         주성분은 물이며 약간의 염분, 요소, 요산, 크레아틴 등이 있다.

ㄷ.땀을 많이 흘리게 될 경우 체액의 삼투압이 높아져 혈류의 속도가 감소하게되어 졸리게 되고 피로가 온다.

6.에너지의 생성과 이용

(1)에너지의 생성

1.유기물의 분해와 에너지

①호흡기질 : 우리가 섭취한 영양소는 호흡기질이 된다. 이는 나중에 호흡과정 중에 호흡효소에 의해 분해된다.

②에너지 방출 반응 : 위의 호흡기질 즉 유기물이 호흡과정에서 분해 될 때 유기물에 저장된 에너지가 나오는 것을 말한다.

2.ATP의 생성

①호흡과정을 통해 나온 에너지의 40%는 ATP, 나머지는 열로 방출되어 체온 유지 등에 쓰인다.

②인산화 반응 : ADP + Pi → ATP,  ㄱ.광인산화 반응(광합성 과정) ㄴ.산화적 인산화 반응(세포호흡 과정) ㄷ.기질 수준의 인산화 반응

③ㄱ. ATP : Adenine + Ribose(5탄당) → Adenosine + P → AMP + P → ADP + P → ATP, 

  ㄴ. ADP와 ATP는 많은 에너지를 보유하는 고에너지 결합으로써 분해될 때 많은 에너지가 방출된다.

    ATP----(H₂O, ATPase)---> ADP + Pi + 7.3 Kcal

 

(2)에너지의 이용     

1.기계 에너지

①근수축 : 동물이 운동은 근육 수축으로 일어난다.

②능동수송 : 농도구배에 역행(저농도→고농도)하기 위해서는 ATP를 사용해야만 한다.

           예)Na-K⁺ pump(세포막), 양분흡수(소장벽), 물질의 재흡수(세뇨관)

③발음 : 주로 척추동물, 곤충류가 소리를 내며 마찰과 진동을 이용한다. 근수축에 이용된 에너지가 소리에너지로 전환되어 발생된다.

        예)마찰음(여치, 귀뚜라미 등), 진동음(사람, 매미 등)

2.화학에너지

①단백질, 다당류(탄수화물), 지방, 핵산 등이 생명현상에 필요하다.

②이러한 물질합성에 ATP가 관여하며 필요한 에너지를 공급하여 준다.

3.전기에너지

①ATP 내의 화학에너지의 일부가 전기에너지로 전화된 경우이다.

4.빛에너지

①발광기관 : ATP의 화학에너지가 빛에너지로 전환되는 경우이다.   예)야광충, 반딧불이, 발광해파리, 발광오징어 등

②ATP가 빛에너지로 전화되는 효율이 100%(실제로는 98%)에 가까우므로 열이 거이 발생하지 않아서 이를 냉광(冷光)이라고 한다.

색은 노랑, 파랑, 초록 계통이며 암수가 서로 교미기에 빛을 이용하여 짝짓기 상대를 결정한다.

출처 : 보건직-의료기술직 공부방

글쓴이 : 만수씨 원글보기

메모 :